इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के डिजाइन के लिए तत्व आधार अधिक जटिल होता जा रहा है। उपकरणों को दी गई कार्यक्षमता और प्रोग्राम नियंत्रण के साथ एकीकृत परिपथों में संयोजित किया जाता है। लेकिन विकास बुनियादी उपकरणों पर आधारित है: कैपेसिटर, प्रतिरोधक, डायोड और ट्रांजिस्टर।
विषय
संधारित्र क्या है
एक उपकरण जो विद्युत ऊर्जा को विद्युत आवेशों के रूप में संग्रहीत करता है, संधारित्र कहलाता है।
भौतिकी में विद्युत या विद्युत आवेश की मात्रा को कूलम्ब (C) में मापा जाता है। समाई को फैराड (एफ) में मापा जाता है।
1 फैराड की विद्युत क्षमता वाला एक अकेला कंडक्टर एक धातु की गेंद होती है जिसकी त्रिज्या सूर्य की 13 त्रिज्या के बराबर होती है।इसलिए, संधारित्र में कम से कम 2 कंडक्टर शामिल होते हैं, जो एक ढांकता हुआ द्वारा अलग होते हैं। डिवाइस के सरल डिजाइनों में - कागज।
एक डीसी सर्किट में एक संधारित्र का संचालन तब किया जाता है जब बिजली चालू और बंद हो जाती है।केवल संक्रमणकालीन क्षणों में प्लेटों पर क्षमता बदल जाती है।
एसी सर्किट में कैपेसिटर को बिजली आपूर्ति वोल्टेज की आवृत्ति के बराबर आवृत्ति पर रिचार्ज किया जाता है। निरंतर चार्ज और डिस्चार्ज के परिणामस्वरूप, तत्व के माध्यम से करंट प्रवाहित होता है। उच्च आवृत्ति - डिवाइस तेजी से रिचार्ज करता है।
संधारित्र वाले परिपथ का प्रतिरोध धारा की आवृत्ति पर निर्भर करता है। शून्य डीसी आवृत्ति पर, प्रतिरोध मान अनंत तक जाता है। जैसे-जैसे एसी की आवृत्ति बढ़ती है, प्रतिरोध कम होता जाता है।
कैपेसिटर का उपयोग कहाँ किया जाता है?
कैपेसिटर के बिना इलेक्ट्रॉनिक, रेडियो इंजीनियरिंग और इलेक्ट्रिकल उपकरणों का संचालन असंभव है।
इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में, इंडक्शन मोटर्स शुरू करते समय उनका उपयोग चरणों को स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है। चरण बदलाव के बिना, एक चर एकल-चरण नेटवर्क में तीन-चरण अतुल्यकालिक मोटर कार्य नहीं करती है।
कई फैराड - आयनिस्टर्स की क्षमता वाले कैपेसिटर, इलेक्ट्रिक वाहनों में इंजन शक्ति स्रोतों के रूप में उपयोग किए जाते हैं।
यह समझने के लिए कि संधारित्र की आवश्यकता क्यों है, आपको यह जानना होगा कि बाहरी वातावरण के मापदंडों में परिवर्तन होने पर 10-12% मापने वाले उपकरण विद्युत समाई को बदलने के सिद्धांत पर काम करते हैं। विशेष उपकरणों की प्रतिक्रिया समाई का उपयोग इसके लिए किया जाता है:
- प्लेटों के बीच की दूरी में वृद्धि या कमी के माध्यम से कमजोर आंदोलनों का पंजीकरण;
- ढांकता हुआ प्रतिरोध में परिवर्तन को ठीक करके आर्द्रता का निर्धारण;
- द्रव स्तर का मापन, जो भरे जाने पर तत्व की क्षमता को बदल देता है।
यह कल्पना करना मुश्किल है कि कैपेसिटर के बिना स्वचालन और रिले सुरक्षा कैसे डिज़ाइन की जाती है। कुछ सुरक्षा तर्क डिवाइस रिचार्ज की बहुलता को ध्यान में रखते हैं।
मोबाइल संचार उपकरणों, रेडियो और टेलीविजन उपकरणों के सर्किट में कैपेसिटिव तत्वों का उपयोग किया जाता है। कैपेसिटर का उपयोग किया जाता है:
- उच्च और निम्न आवृत्तियों के एम्पलीफायरों;
- बिजली की आपूर्ति;
- आवृत्ति फिल्टर;
- ध्वनि प्रवर्धक;
- प्रोसेसर और अन्य माइक्रो सर्किट।
यदि आप इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विद्युत परिपथों को देखते हैं, तो संधारित्र क्या है, इस प्रश्न का उत्तर खोजना आसान है।
संधारित्र के संचालन का सिद्धांत
डीसी सर्किट में, एक प्लेट पर सकारात्मक चार्ज एकत्र किए जाते हैं, और दूसरी प्लेट पर नकारात्मक चार्ज एकत्र किए जाते हैं। आपसी आकर्षण के कारण कण यंत्र में टिके रहते हैं और उनके बीच का डाइइलेक्ट्रिक कनेक्ट नहीं होने देता। डाइइलेक्ट्रिक जितना पतला होगा, चार्ज उतने ही मजबूत होंगे।
संधारित्र कंटेनर को भरने के लिए आवश्यक बिजली की मात्रा लेता है, और करंट रुक जाता है।
सर्किट में एक निरंतर वोल्टेज के साथ, तत्व बिजली बंद होने तक चार्ज रखता है। फिर इसे सर्किट में लोड के माध्यम से छुट्टी दे दी जाती है।
एक संधारित्र के माध्यम से एक अलग तरीके से प्रत्यावर्ती धारा प्रवाहित होती है। दोलन अवधि का पहला वह क्षण होता है जब डिवाइस चार्ज किया जाता है। चार्जिंग करंट का आयाम तेजी से घटता है, और तिमाही के अंत तक यह शून्य हो जाता है। EMF इस समय आयाम तक पहुँच जाता है।
दूसरी अवधि में, EMF गिर जाता है और कोशिका डिस्चार्ज होने लगती है। ईएमएफ में कमी शुरू में छोटी है और डिस्चार्ज करंट भी क्रमशः है। यह उसी घातीय निर्भरता के अनुसार बढ़ता है। अवधि के अंत तक, ईएमएफ शून्य है, वर्तमान आयाम मान के बराबर है।
दोलन अवधि के तीसरे में, EMF दिशा बदलता है, शून्य से गुजरता है और बढ़ता है।प्लेटों पर आवेश चिन्ह उल्टा होता है। करंट परिमाण में घटता है और दिशा बनाए रखता है। इस बिंदु पर, विद्युत प्रवाह चरण में वोल्टेज को 90 ° तक ले जाता है।
इंडिकेटर्स में, विपरीत होता है: वोल्टेज करंट की ओर जाता है। सर्किट में कौन से सर्किट का उपयोग करना है, यह चुनते समय यह गुण सबसे पहले आता है: आरसी या आरएल।
चक्र के अंत में, अंतिम दोलन पर, EMF शून्य पर गिर जाता है, और करंट अपने चरम मूल्य पर पहुँच जाता है।
"क्षमता" को प्रति अवधि 2 बार डिस्चार्ज और चार्ज किया जाता है और प्रत्यावर्ती धारा का संचालन करता है।
यह प्रक्रियाओं का सैद्धांतिक विवरण है। यह समझने के लिए कि सर्किट में तत्व सीधे डिवाइस में कैसे काम करता है, सर्किट के अपरिवर्तनीय और कैपेसिटिव प्रतिरोध, अन्य प्रतिभागियों के पैरामीटर की गणना की जाती है, और बाहरी पर्यावरण के प्रभाव को ध्यान में रखा जाता है।
मुख्य विशेषताएं और गुण
इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को बनाने और मरम्मत करने के लिए उपयोग किए जाने वाले कैपेसिटर पैरामीटर में शामिल हैं:
- क्षमता - C. यह निर्धारित करता है कि डिवाइस में कितना चार्ज है। नाममात्र क्षमता का मूल्य मामले पर इंगित किया गया है। आवश्यक मान बनाने के लिए, तत्वों को समानांतर या श्रृंखला में सर्किट में शामिल किया जाता है। परिचालन मूल्य गणना किए गए लोगों से मेल नहीं खाते हैं।
- गुंजयमान आवृत्ति - fр। यदि धारा की आवृत्ति गुंजयमान से अधिक है, तो तत्व के आगमनात्मक गुण प्रकट होते हैं। इससे काम मुश्किल हो जाता है। परिपथ में परिकलित शक्ति प्रदान करने के लिए, अनुनाद मानों से कम आवृत्तियों पर संधारित्र का उपयोग करना उचित है।
- रेटेड वोल्टेज - यू.एन. तत्व के टूटने को रोकने के लिए, ऑपरेटिंग वोल्टेज नाममात्र वोल्टेज से कम सेट किया गया है। पैरामीटर संधारित्र मामले पर इंगित किया गया है।
- ध्रुवीयता। यदि कनेक्शन गलत है, तो ब्रेकडाउन और विफलता होगी।
- विद्युत इन्सुलेशन प्रतिरोध - आरडी। डिवाइस लीकेज करंट को परिभाषित करता है। उपकरणों में, भाग एक दूसरे के करीब स्थित होते हैं। उच्च लीकेज करंट पर, सर्किट में परजीवी कनेक्शन संभव हैं। इससे खराबी आ जाती है। लीकेज करंट तत्व के कैपेसिटिव गुणों को कम करता है।
- तापमान गुणांक - टीकेई। मान यह निर्धारित करता है कि पर्यावरण के तापमान में उतार-चढ़ाव के साथ डिवाइस की क्षमता कैसे बदलती है। गंभीर जलवायु परिस्थितियों में संचालन के लिए उपकरणों को विकसित करते समय पैरामीटर का उपयोग किया जाता है।
- परजीवी पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव। कुछ प्रकार के कैपेसिटर, विकृत होने पर, उपकरणों में शोर पैदा करते हैं।
कैपेसिटर के प्रकार और प्रकार
कैपेसिटिव तत्वों को डिजाइन में प्रयुक्त ढांकता हुआ के प्रकार के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है।
पेपर और मेटल-पेपर कैपेसिटर
तत्वों का उपयोग सर्किट में निरंतर या थोड़ा स्पंदित वोल्टेज के साथ किया जाता है। डिजाइन की सादगी के परिणामस्वरूप प्रदर्शन की 10-25% कम स्थिरता और नुकसान में वृद्धि होती है।
पेपर कैपेसिटर में एल्युमिनियम फॉयल प्लेट पेपर को अलग करती है। विधानसभाओं को घुमाया जाता है और एक सिलेंडर या आयताकार समानांतर चतुर्भुज के रूप में एक मामले में रखा जाता है।
डिवाइस -60 ... + 125 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर काम करते हैं, 1600 वी तक के लो-वोल्टेज उपकरणों के रेटेड वोल्टेज के साथ, उच्च-वोल्टेज डिवाइस - 1600 वी से ऊपर और दसियों माइक्रोफ़ारड तक की क्षमता।
धातु-कागज के उपकरणों में, पन्नी के बजाय, ढांकता हुआ कागज पर धातु की एक पतली परत लगाई जाती है। यह छोटे तत्वों का उत्पादन करने में मदद करता है। मामूली टूटने के साथ, ढांकता हुआ का स्व-उपचार संभव है। इन्सुलेशन प्रतिरोध के मामले में धातु-कागज तत्व कागज तत्वों से नीच हैं।
इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर
उत्पादों का डिज़ाइन कागज़ जैसा दिखता है। लेकिन इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं के निर्माण में, कागज को धातु के आक्साइड के साथ लगाया जाता है।
कागज के बिना इलेक्ट्रोलाइट वाले उत्पादों में, ऑक्साइड धातु इलेक्ट्रोड पर जमा होता है। धातु के आक्साइड में एक तरफा चालकता होती है, जो डिवाइस को ध्रुवीय बनाती है।
इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं के कुछ मॉडलों में, प्लेटों को खांचे से बनाया जाता है जो इलेक्ट्रोड के सतह क्षेत्र को बढ़ाते हैं। इलेक्ट्रोलाइट के साथ बाढ़ से प्लेटों के बीच की जगह में अंतराल समाप्त हो जाता है। यह उत्पाद के कैपेसिटिव गुणों में सुधार करता है।
इलेक्ट्रोलाइटिक उपकरणों की एक बड़ी क्षमता - सैकड़ों माइक्रोफ़ारड - का उपयोग फिल्टर में वोल्टेज तरंगों को सुचारू करने के लिए किया जाता है।
एल्यूमिनियम इलेक्ट्रोलाइटिक
इस प्रकार के उपकरणों में, एनोड अस्तर एल्यूमीनियम पन्नी से बना होता है। सतह धातु ऑक्साइड के साथ लेपित है - एक ढांकता हुआ। कैथोड अस्तर एक ठोस या तरल इलेक्ट्रोलाइट है, जिसे ऑपरेशन के दौरान पन्नी पर ऑक्साइड परत को बहाल करने के लिए चुना जाता है। स्व-उपचार ढांकता हुआ तत्व के जीवन को बढ़ाता है।
इस डिज़ाइन के कैपेसिटर को ध्रुवता की आवश्यकता होती है। दोबारा चालू करने पर यह केस को तोड़ देगा।
डिवाइस, जिसके अंदर अनुक्रमिक विरोधी ध्रुवीय असेंबली स्थित हैं, का उपयोग 2 दिशाओं में किया जाता है। एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं की समाई कई हजार माइक्रोफ़ारड तक पहुँच जाती है।
टैंटलम इलेक्ट्रोलाइटिक
इस तरह के उपकरणों का एनोड इलेक्ट्रोड टैंटलम पाउडर को +2000 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करके प्राप्त झरझरा संरचना से बनाया जाता है। सामग्री स्पंज की तरह दिखती है। सरंध्रता सतह क्षेत्र को बढ़ाती है।
इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण का उपयोग करते हुए, एनोड पर 100 नैनोमीटर मोटी टैंटलम पेंटोक्साइड की एक परत लगाई जाती है। मैंगनीज डाइऑक्साइड से एक ठोस ढांकता हुआ बनाया जाता है।तैयार संरचना को एक यौगिक में दबाया जाता है - एक विशेष राल।
टैंटलम उत्पादों का उपयोग 100 kHz से ऊपर की वर्तमान आवृत्तियों पर किया जाता है। 75 वी तक के ऑपरेटिंग वोल्टेज पर सैकड़ों माइक्रोफ़ारड तक कैपेसिटेंस बनाया जाता है।
पॉलीमर
कैपेसिटर ठोस पॉलिमर से बने इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं, जो कई फायदे प्रदान करता है:
- सेवा जीवन 50 हजार घंटे तक बढ़ा दिया गया है;
- हीटिंग के दौरान पैरामीटर सहेजे जाते हैं;
- अनुमेय वर्तमान तरंगों की सीमा का विस्तार किया गया है;
- प्लेटों और लीडों का प्रतिरोध समाई को अलग नहीं करता है।
पतली परत
इन मॉडलों में ढांकता हुआ टेफ्लॉन, पॉलिएस्टर, फ्लोरोप्लास्टिक या पॉलीप्रोपाइलीन की एक फिल्म है।
कवर - फिल्म पर पन्नी या धातु का जमाव। डिज़ाइन का उपयोग बढ़े हुए सतह क्षेत्र के साथ बहुपरत असेंबलियों को बनाने के लिए किया जाता है।
लघु आकार के फिल्म कैपेसिटर में सैकड़ों माइक्रोफ़ारड की क्षमता होती है। परतों के स्थान और संपर्कों के निष्कर्ष के आधार पर, उत्पादों के अक्षीय या रेडियल आकार बनाए जाते हैं।
कुछ मॉडलों में, रेटेड वोल्टेज 2 केवी और अधिक है।
ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय में क्या अंतर है
गैर-ध्रुवीय वर्तमान की दिशा की परवाह किए बिना कैपेसिटर को सर्किट में शामिल करने की अनुमति देता है। तत्वों का उपयोग चर बिजली आपूर्ति, उच्च आवृत्ति एम्पलीफायरों के फिल्टर में किया जाता है।
ध्रुवीय उत्पाद अंकन के अनुसार जुड़े हुए हैं। यदि आप इसे विपरीत दिशा में चालू करते हैं, तो डिवाइस विफल हो जाएगा या सामान्य रूप से काम नहीं करेगा।
बड़ी और छोटी क्षमता के ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय कैपेसिटर ढांकता हुआ के डिजाइन में भिन्न होते हैं। इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर में, यदि ऑक्साइड को 1 इलेक्ट्रोड या कागज, फिल्म के 1 तरफ लगाया जाता है, तो तत्व ध्रुवीय होगा।
गैर-ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर के मॉडल, जिनके डिजाइन में धातु ऑक्साइड को ढांकता हुआ की दोनों सतहों पर सममित रूप से जमा किया गया था, बारी-बारी से चालू सर्किट में शामिल हैं।
ध्रुवीय लोगों के लिए, शरीर पर एक सकारात्मक या नकारात्मक इलेक्ट्रोड का अंकन होता है।
संधारित्र की धारिता क्या निर्धारित करती है
एक सर्किट में कैपेसिटर का मुख्य कार्य और भूमिका चार्ज जमा करना है, और एक अतिरिक्त रिसाव को रोकने के लिए है।
संधारित्र के समाई का मान सीधे माध्यम के ढांकता हुआ स्थिरांक और प्लेटों के क्षेत्र के समानुपाती होता है, और इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी के व्युत्क्रमानुपाती होता है। 2 विरोधाभास हैं:
- कैपेसिटेंस बढ़ाने के लिए, इलेक्ट्रोड को जितना संभव हो उतना मोटा, चौड़ा और लंबा होना चाहिए। इस मामले में, डिवाइस के आयामों को बढ़ाया नहीं जा सकता है।
- आवेशों को बनाए रखने और वांछित आकर्षण बल प्रदान करने के लिए, प्लेटों के बीच की दूरी न्यूनतम कर दी जाती है। इस मामले में, ब्रेकडाउन करंट को कम नहीं किया जा सकता है।
विरोधों को हल करने के लिए, डेवलपर्स उपयोग करते हैं:
- ढांकता हुआ और इलेक्ट्रोड की एक जोड़ी के बहुपरत निर्माण;
- झरझरा एनोड संरचनाएं;
- ऑक्साइड और इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ कागज की जगह;
- तत्वों का समानांतर कनेक्शन;
- बढ़े हुए ढांकता हुआ स्थिरांक वाले पदार्थों से मुक्त स्थान भरना।
हर नए आविष्कार के साथ कैपेसिटर छोटे और बेहतर होते जा रहे हैं।
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